[發(fā)明專利]一種基于GB-STED的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111250873B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 施可彬;邵陳荻;于文韜;董大山;李向平;曹耀宇;楊宏;龔旗煌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/0622;B23K26/073;B23K26/70;B23K26/064
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發(fā)明公開了一種基于GB?STED的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。本發(fā)明采用一階高斯貝塞爾光束作為湮滅光，在深入樣品內部時仍能保持超分辨直寫能力，相位板嚴格放置于湮滅光擴束系統(tǒng)的前焦面處，湮滅光擴束系統(tǒng)的后焦面嚴格與物鏡入瞳重合，光路緊湊；湮滅光濾波系統(tǒng)采用偏振保持光纖，湮滅光路去掉了偏振片和半波片，從而減少對光斑形貌的影響，并能保證出射光為線性偏振光；激發(fā)光和湮滅光各自加入空間濾波，因而聚焦時的光斑形貌最優(yōu)，能更好控制直寫結構的形貌；采用一對耦合調節(jié)反射鏡調節(jié)合束，滿足合束鏡對更嚴格的入射角的要求；用相機觀察，進行粗略調節(jié)，并采用信號探測器觀察，進行精細調節(jié)，提高調節(jié)精度并提高調節(jié)效率。

技術領域

本發(fā)明涉及激光直寫系統(tǒng)，具體涉及一種基于GB-STED的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

背景技術

在微納加工領域，相較紫外曝光、電子束刻蝕、近場加工、納米壓印等技術，激光直寫是一種真正可能具有三維加工能力、靈活而低成本的加工技術。激光直寫被用于玻璃、鉆石、陶瓷、半導體等材料，其主要原理是刻蝕因而其應用場景受限。此項目聚焦在新型聚合物材料上，其基本原理是一系列光物理、光化學過程導致的光聚合。

由于衍射極限，激光直寫所得線寬最小只能到半波長量級。利用超快光源實現(xiàn)的雙光子直寫相對于傳統(tǒng)的單光子直寫可減小線寬，但減小的極限為相應單光子直寫的只有基于受激輻射湮滅(STED)相關原理的超分辨激光直寫技術，才可能進一步減小線寬(只要材料支持，理論上線寬可無限減小)。

基于雙光子直寫和STED相關原理的超分辨激光直寫技術仍有缺陷。在光束深入材料內部時，由于折射率失配帶來的像差(以球差為主導)會使得經(jīng)相位調制的中空光展寬、拉長、變形、離焦。因此，基于STED相關原理搭建的系統(tǒng)，其超分辨光直寫能力通常僅能維持在材料表面。為了提高深層加工能力，矯正環(huán)和自適應光學被引入，然而前者難以自動化，后者復雜并且由于相位補償范圍有限因而加工深度仍然受限。

發(fā)明內容

為了克服傳統(tǒng)超分辨激光直寫系統(tǒng)在深層加工時，無法保持其超分辨能力的問題，本發(fā)明提出了一種基于GB-STED的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，利用高斯貝塞爾光抗球差的特性，用一階高斯貝塞爾光(GB1)取代傳統(tǒng)一階拉蓋爾高斯(LG1)作為湮滅光的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)，其深層超分辨能力在物鏡工作距離范圍內得以維持。

本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于GB-STED的深層超分辨激光直寫系統(tǒng)。